Výzkumný tým vedený profesorem CHEN Weiem z Čínské univerzity vědy a techniky (USTC) představil nový systém chemických baterií, který využívá plynný vodík jako anodu. Studie byla publikována v časopise...Mezinárodní vydání Angewandte Chemie.
Vodík (H2) si získal pozornost jako stabilní a cenově dostupný nosič obnovitelné energie díky svým příznivým elektrochemickým vlastnostem. Tradiční vodíkové baterie však primárně využívají H2jako katoda, což omezuje jejich rozsah napětí na 0,8–1,4 V a omezuje jejich celkovou kapacitu pro ukládání energie. Aby se toto omezení překonalo, výzkumný tým navrhl nový přístup: využití H2jako anodu pro výrazné zvýšení hustoty energie a pracovního napětí. V kombinaci s lithiem jako anodou vykazovala baterie výjimečný elektrochemický výkon.
Schéma zapojení Li-H baterie. (Obrázek od USTC)
Výzkumníci navrhli prototyp lithium-hydridového bateriového systému, který zahrnuje lithiovou kovovou anodu, platinou potaženou vrstvu pro difúzi plynu sloužící jako vodíková katoda a pevný elektrolyt (Li1.3Al0,3Ti1,7(PO4)3, neboli LATP). Tato konfigurace umožňuje efektivní transport lithiových iontů a zároveň minimalizuje nežádoucí chemické interakce. Během testování prokázala Li-H baterie teoretickou energetickou hustotu 2825 Wh/kg při udržení stabilního napětí kolem 3 V. Navíc dosáhla pozoruhodné účinnosti při každém nabíjení (RTE) 99,7 %, což naznačuje minimální ztrátu energie během nabíjecích a vybíjecích cyklů a zároveň zachování dlouhodobé stability.
Pro další zlepšení nákladové efektivity, bezpečnosti a zjednodušení výroby vyvinul tým bezanodovou Li-H baterii, která eliminuje potřebu předem instalovaného lithia. Místo toho baterie ukládá lithium z lithiových solí (LiH2PO4a LiOH) v elektrolytu během nabíjení. Tato verze si zachovává výhody standardní Li-H baterie a zároveň přináší další výhody. Umožňuje efektivní pokovování a odstraňování lithia s Coulombovou účinností (CE) 98,5 %. Navíc pracuje stabilně i při nízkých koncentracích vodíku, čímž se snižuje závislost na skladování H₂ za vysokého tlaku. Bylo provedeno výpočetní modelování, jako jsou simulace pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT), aby se pochopilo, jak se ionty lithia a vodíku pohybují v elektrolytu baterie.
Tento průlom v technologii lithium-vodíkových baterií představuje nové příležitosti pro pokročilá řešení ukládání energie s potenciálními aplikacemi, které sahají od obnovitelných energetických sítí, elektromobilů až po letecký průmysl. Ve srovnání s konvenčními nikl-vodíkovými bateriemi poskytuje systém lithium-vodíkových baterií vyšší hustotu energie a účinnost, což z něj činí silného kandidáta pro ukládání energie nové generace. Bezanodová verze pokládá základy pro cenově efektivnější a škálovatelnější vodíkové baterie.
Odkaz na papír:https://doi.org/10.1002/ange.202419663
(Napsal ZHENG Zihong, upravil WU Yuyang)
Čas zveřejnění: 12. března 2025